YOLOv10改进 | SPPF篇 |YOLOv10引入 YOLOv9的SPPELAN模块改进SPPF

1. SPPELAN介绍

1.1  摘要:如今的深度学习方法主要关注如何设计最合适的目标函数,使模型的预测结果能够最接近真实情况。 同时,必须设计一个适当的架构,可以帮助获取足够的信息进行预测。 现有方法忽略了一个事实,即当输入数据经过逐层特征提取和空间变换时,大量信息将会丢失。 本文将深入研究数据通过深度网络传输时数据丢失的重要问题,即信息瓶颈和可逆函数。 我们提出了可编程梯度信息(PGI)的概念来应对深度网络实现多个目标所需的各种变化。 PGI可以为目标任务计算目标函数提供完整的输入信息,从而获得可靠的梯度信息来更新网络权值。 此外,还设计了一种基于梯度路径规划的新型轻量级网络架构——通用高效层聚合网络(GELAN)。GELAN的架构证实了PGI在轻量级模型上取得了优异的结果。 我们在基于 MS COCO 数据集的目标检测上验证了所提出的 GELAN 和 PGI。 结果表明,与基于深度卷积开发的最先进方法相比,GELAN 仅使用传统的卷积算子即可实现更好的参数利用率。 PGI 可用于从轻型到大型的各种模型。 它可以用来获取完整的信息,使得train-fromscratch模型能够比使用大数据集预训练的state-of-theart模型获得更好的结果。

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### YOLOv8 SPP 架构及其实现细节 空间金字塔池化 (Spatial Pyramid Pooling, SPP) 是一种用于增强卷积神经网络性能的技术,尤其适用于处理不同尺寸的目标检测任务。SPP 层允许模型接受任意大小的输入图像并将其转换成固定长度的输出向量。 #### 1. SPP 的工作原理 传统 CNN 对于输入图片有固定的尺寸要求,这限制了其灵活性。引入 SPP 后,在最后一个卷积层之后加入该模块可以解决这个问题。具体来说,SPP 将最后一层特征图划分为多个层次的空间窗口,并对每个窗口内的特征进行最大池化操作[^1]。 对于 YOLOv8 中使用的 SPP 结构而言: - **多级划分**:通常会采用三个级别的划分方式(例如 6x6、3x3 和 2x2),这样可以在不同的尺度下提取更加丰富的局部信息。 - **拼接输出**:经过各级别的池化运算得到的结果会被展平并与原始特征图一起送入后续处理阶段。这种设计不仅增加了感受野范围还提高了模型鲁棒性。 ```python import torch.nn as nn class SPPLayer(nn.Module): def __init__(self, levels=[6, 3, 2]): super(SPPLayer, self).__init__() self.levels = levels def forward(self, x): batch_size, c, h, w = x.size() spp_out = [] for level in self.levels: kernel_size = (h // level, w // level) stride = (h // level, w // level) pooled_features = F.max_pool2d(x, kernel_size=kernel_size, stride=stride).view(batch_size, -1) spp_out.append(pooled_features) return torch.cat(spp_out, dim=-1) ``` 此代码片段展示了如何构建一个简单的 PyTorch 版本的 SPP 层。通过定义 `levels` 参数指定要应用的最大池化的级别数量以及对应的窗口大小和步幅。最后将所有级别的池化结果按批次维度拼接起来作为最终输出。
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